KR20140136295A

KR20140136295A - Imaging device and method for driving thereof

Info

Publication number: KR20140136295A
Application number: KR1020130056646A
Authority: KR
Inventors: 남정현
Original assignee: 인텔렉추얼디스커버리 주식회사
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-11-28
Also published as: KR102106372B1

Abstract

According to the present invention, disclosed are an imaging device and a method for driving the same. The imaging device comprises: a plurality of pixels including a photoelectric conversion element, a floating diffusion node, and a first particle storage and a second particle storage connected in parallel between the photoelectric conversion element and the floating diffusion node; and a control circuit for applying a signal to the plurality of pixels. The control circuit controls a first accumulation time for accumulating charges moving to the first charge storage in the photoelectric conversion element and a second accumulation time for accumulating charges moving to the second charge storage in the photoelectric conversion element to be different.

Description

[0001] IMAGING DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THEREOF [0002]

본 발명은 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것으로써, 특히 저조도에서 높은 감도 특성(sensitivity)을 구현함과 동시에 고조도에서 높은 감도 특성(sensitivity)을 구현할 수 있는 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것이다.
The present invention relates to an imaging apparatus and a driving method thereof, and more particularly, to an imaging apparatus and a driving method thereof, which can achieve high sensitivity sensitivity at low illumination and at the same time realize high sensitivity sensitivity at a high degree of illumination .

이미지 센서는 단위 픽셀이 입사광을 수광하여 전하로 변환하면, 그에 상응하는 전압 신호를 생성하여 출력하는 방식으로 동작한다. 예를 들어, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서의 성능을 나타내는 파라미터들 중 하나는 동적 범위(dynamic range; DR)이며, 이는 CMOS 이미지 센서를 포화시키지 않는 최대 입력 신호와 CMOS 이미지 센서가 감지할 수 있는 최소 입력 신호의 비율로 표현될 수 있다. The image sensor operates in such a manner that when a unit pixel receives incident light and converts it into charge, a voltage signal corresponding thereto is generated and output. For example, one of the parameters representing the performance of a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor is the dynamic range (DR), which is the maximum input signal that does not saturate the CMOS image sensor, Can be expressed as a ratio of the minimum input signal that can be obtained.

그러나 종래의 컬러 이미지 센서는 다이내믹 레인지가 좁아서 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 중 어느 하나 이상의 컬러가 포화상태인 경우 이미지 원래의 색을 잘 표현하지 못하는 단점이 있다. 이러한 다이내믹 레인지가 좁은 단점을 극복하기 위하여 광역 동적 범위(Wide Dynamic Range; WDR) 픽셀을 구현하는 방법이 제시되고 있다.However, the conventional color image sensor has a disadvantage in that it can not display the original color of the image well when the dynamic range is narrow and at least one of red, green, and blue is saturated. In order to overcome the disadvantage that the dynamic range is narrow, a method of implementing a wide dynamic range (WDR) pixel is proposed.

한편, 종래에는 CMOS 이미지 센서의 동적 범위를 증가시키기 위해 CMOS 이미지 센서에 포함된 광전 변환 영역의 전하 저장 능력, 즉 웰 커패시티(well capacity)를 증가시키거나, 암 전류(dark current) 및 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise, FPN) 등과 같은 노이즈를 감소시키는 방법을 이용하였다.Conventionally, in order to increase the dynamic range of the CMOS image sensor, the charge storage capacity of the photoelectric conversion region included in the CMOS image sensor, that is, the well capacity is increased, or the dark current and the fixed pattern (FPN), and so on.

아울러, 이미지 센서로 움직이고 있는 피사체를 촬영할 때, 픽셀 어레이(pixel array)에 구비된 광전변환부(예를 들어, 포토다이오드)에 축적된 전하를 열단위 또는 행단위로 순차적으로 쉬프트 시키는 롤링 셔터(rolling shutter)를 이용하여 피사체를 촬영하게 되는 경우, 이미지의 왜곡현상이 발생하게 되는 문제가 있었다. 따라서, 이와 같이 움직임이 빠른 피사체의 촬영에는 픽셀 어레이에 구비된 광전변환부에 축적된 전하를 동시에 쉬프트시키는 글로벌 셔터(global shutter) 방식에 따라 피사체를 촬영하였다.In addition, when photographing a subject moving by an image sensor, a rolling shutter (not shown) for sequentially shifting charges accumulated in a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) provided in a pixel array in a column unit or row, when the subject is photographed using a shutter, the image is distorted. Therefore, in order to photograph a subject with such a fast motion, a subject is photographed according to a global shutter method which simultaneously shifts the charges accumulated in the photoelectric conversion unit provided in the pixel array.

그러나, 광역 동적 범위를 구현하기 위한 픽셀은 글로벌 셔터 방식에 따라 피사체를 촬영하는 데에 어려움이 있었다. 이에 따라, 기존에는 이미지 센서를 사용하게 되는 환경에 따라 글로벌 셔터 방식에 적합한 이미지 센서를 사용하거나 또는 광역 동적 범위를 구현하는 데에 적합한 이미지 센서를 사용하는 등 이원화된 방식으로 이미지 센서를 사용하고 있었다.
However, the pixels for realizing the wide dynamic range have difficulties in photographing the subject according to the global shutter method. Accordingly, image sensors have conventionally been used in a dual mode, such as using an image sensor suitable for a global shutter system or an image sensor suitable for realizing a wide dynamic range depending on an environment in which an image sensor is used .

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광역 동적 범위를 구현하면서 동시에 움직이는 피사체를 왜곡 없이 촬영할 수 있는 데 적합한 이미징 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and a driving method thereof that are capable of imaging a moving subject without distortion while implementing a wide dynamic range.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치는, 광전 변환 소자, 플로팅 확산 노드, 상기 광전 변환 소자와 상기 플로팅 확산 노드 사이에 서로 병렬로 연결된 제1 전하 저장부 및 제2 전하 저장부를 포함하는 복수의 픽셀; 및 상기 복수의 픽셀에 신호를 인가하는 제어회로를 포함하며, 상기 제어회로는, 상기 제1 전하 저장부로 이동되는 전하를 상기 광전 변환 소자에 축적하는 제1 축적 시간과 상기 제2 전하 저장부로 이동되는 전하를 상기 광전 변환 소자에 축적하는 제2 축적 시간이 서로 다르도록 제어할 수 있다.An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements, a plurality of photoelectric conversion elements each including a photoelectric conversion element, a floating diffusion node, a first charge storage part and a second charge storage part connected in parallel to each other between the photoelectric conversion element and the floating diffusion node pixel; And a control circuit for applying a signal to the plurality of pixels, wherein the control circuit includes: a first accumulation time for accumulating the charge moved to the first charge storage part in the photoelectric conversion element; Can be controlled so that the second accumulation time for accumulating the charge to be accumulated in the photoelectric conversion element is different from each other.

상기 제어회로는, 상기 제1 축적 시간 동안 상기 복수의 픽셀들에 구비된 광전 변환 소자에 축적된 전하를 상기 제1 전하 저장부로 쉬프트시키는 제1 쉬프트 동작을 수행하고, 상기 제2 축적 시간 동안 상기 복수의 픽셀들에 구비된 광전 변환 소자에 축적된 전하를 상기 제2 전하 저장부로 쉬프트시키는 제2 쉬프트 동작을 수행할 수 있다.Wherein the control circuit performs a first shift operation for shifting charges accumulated in the photoelectric conversion elements provided in the plurality of pixels to the first charge storage section during the first accumulation time, A second shift operation may be performed to shift the charge accumulated in the photoelectric conversion elements provided in the plurality of pixels to the second charge storage section.

상기 제어회로는, 상기 복수의 픽셀에 대하여, 상기 제1 쉬프트 동작을 동시에 수행하고, 상기 제2 쉬프트 동작을 동시에 수행할 수 있다.The control circuit may simultaneously perform the first shift operation and the second shift operation for the plurality of pixels.

상기 제어회로는, 상기 제1 쉬프트 동작은 제1 시점에 수행하고, 상기 제2 쉬프트 동작은 제2 시점에 수행할 수 있다.The control circuit may perform the first shift operation at a first time point and the second shift operation at a second time point.

상기 제어회로는, 상기 제2 전하 저장부로 쉬프트시킬 전하를 상기 광전 변환 소자에 축적하는 동작이 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점 사이에 수행되도록 상기 복수의 픽셀을 제어할 수 있다.The control circuit may control the plurality of pixels so that an operation of accumulating charge to be shifted to the second charge storage portion in the photoelectric conversion element is performed between the first viewpoint and the second viewpoint.

상기 제어회로는, 상기 제1 전하 저장부로 쉬프트된 전하를 읽어내는 제1 읽기 동작을 수행할 수 있다.The control circuit may perform a first read operation of reading the shifted charge to the first charge storage portion.

상기 제어회로는, 상기 복수의 픽셀들에 대해, 상기 제1 읽기 동작을 순차적으로 수행할 수 있다.The control circuit may sequentially perform the first read operation with respect to the plurality of pixels.

상기 제어회로는, 상기 제2 전하 저장부로 쉬프트된 전하를 읽어내는 제2 읽기 동작을 수행할 수 있다.The control circuit may perform a second read operation of reading the shifted charge to the second charge storage portion.

상기 제어회로는, 상기 복수의 픽셀들에 대해, 상기 제2 읽기 동작을 순차적으로 수행할 수 있다.The control circuit may sequentially perform the second read operation with respect to the plurality of pixels.

상기 제어회로는, 상기 제1 전하 저장부 및 상기 제2 전하 저장부로 쉬프트된 전하량을 읽어내는 읽기 동작을 수행할 수 있다.The control circuit may perform a read operation of reading the amount of charge shifted to the first charge storage portion and the second charge storage portion.

상기 제1 전하 저장부로 쉬프트된 전하량은 제1 이미지의 획득에 사용되며, 상기 제2 전하 저장부로 쉬프트된 전하량은 제2 이미지의 획득에 사용될 수 있다.The amount of charge shifted to the first charge storage portion may be used to obtain the first image and the amount of charge shifted to the second charge storage portion may be used to obtain the second image.

상기 제1 전하 저장부로 쉬프트된 전하량 및 상기 제2 전하 저장부로 쉬프트된 전하량에 기초하여 최종 이미지가 획득될 수 있다.A final image may be obtained based on the amount of charge shifted to the first charge storage and the amount of charge shifted to the second charge storage.

상기 제어회로는, 상기 읽기 동작을 수행하는 기간 중 적어도 일부의 제1 기간 동안 상기 광전 변환 소자에 전하를 축적하지 않을 수 있다.The control circuit may not accumulate electric charge in the photoelectric conversion element during at least a first period of a period during which the read operation is performed.

상기 제어회로는, 상기 제1 기간이 지난 후에, 상기 광전 변환 소자에 다시 전하를 축적할 수 있다.The control circuit may accumulate electric charges again in the photoelectric conversion element after the first period.

상기 제1 기간이 지난 후에 상기 광전 변환 소자에 다시 축적된 전하는 다음 이미지의 획득에 사용될 수 있다.The charge accumulated again in the photoelectric conversion element after the first period can be used to acquire the next image.

본 발명에 의하면, 광역 동적 범위를 구현하면서 동시에 움직이는 피사체를 왜곡 없이 촬영할 수 있는 효과가 발생한다.
According to the present invention, there is an effect that a moving subject can be photographed without distortion while realizing a wide dynamic range.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 단위 픽셀의 회로를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.1 is a block diagram illustrating an imaging apparatus in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a circuit of a unit pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a timing chart for explaining a method of driving a pixel array of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram of control signals applied to each component of a unit pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are views showing a potential barrier for explaining charge transfer of a unit pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .

한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
On the other hand, if an embodiment is otherwise feasible, the functions or operations specified in a particular block may occur differently from the order specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may actually be performed at substantially the same time, and depending on the associated function or operation, the blocks may be performed backwards.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

1. 이미징 장치의 구조1. Structure of Imaging Device

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치를 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an imaging apparatus in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는 광전 변환부(110) 및 제어회로(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an imaging apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion unit 110 and a control circuit 120.

광전 변환부(110)는 입사광을 전기적 신호로 변환한다. 광전 변환부(110)는 단위 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이(111)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(111)에 포함된 상기 단위 픽셀들을 후술하기로 한다. 실시예에 따라서, 광전 변환부(110)는 적외선 필터 및/또는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.The photoelectric conversion unit 110 converts the incident light into an electrical signal. The photoelectric conversion unit 110 may include a pixel array 111 in which unit pixels are arranged in a matrix form. The unit pixels included in the pixel array 111 will be described later. According to the embodiment, the photoelectric conversion unit 110 may further include an infrared filter and / or a color filter.

제어회로(120)는 로우 드라이버(121), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)부(122), 아날로그-디지털 변환(analog-to-digital converting; ADC)부(123) 및 타이밍 컨트롤러(129)를 포함할 수 있다.The control circuit 120 includes a row driver 121, a correlated double sampling (CDS) unit 122, an analog-to-digital converting (ADC) unit 123 and a timing controller 129 ).

로우 드라이버(121)는 픽셀 어레이(111)의 각 로우(row)에 연결되고, 상기 각 로우를 구동하는 구동 신호를 생성한다. 예를 들어, 로우 드라이버(121)는 픽셀 어레이(111)에 포함된 복수의 단위 픽셀들을 로우 단위로 구동할 수 있다.A row driver 121 is connected to each row of the pixel array 111 and generates a driving signal for driving each row. For example, the row driver 121 may drive a plurality of unit pixels included in the pixel array 111 in a row unit.

CDS부(122)는 커패시터, 스위치 등을 이용하여 상기 단위 픽셀들의 리셋 상태를 나타내는 기준 전압과 입사광에 상응하는 신호 성분을 나타내는 출력 전압의 차이를 구하여 상관 이중 샘플링을 수행하고 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 출력한다. CDS부(122)는 픽셀 어레이(111)의 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 CDS 회로들을 포함하고, 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 각 컬럼마다 출력할 수 있다.The CDS unit 122 calculates a difference between a reference voltage representing a reset state of the unit pixels and an output voltage representing a signal component corresponding to an incident light by using a capacitor, a switch, and the like, performs correlated double sampling, And outputs an analog sampling signal. The CDS unit 122 includes a plurality of CDS circuits respectively connected to the column lines of the pixel array 111 and is capable of outputting an analog sampling signal corresponding to the valid signal component for each column.

ADC부(123)는 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 이미지 신호를 디지털 이미지 신호로 변환한다. ADC부(123)는 기준 신호 생성기(124), 비교부(125), 카운터(126) 및 버퍼부(127)를 포함한다. 기준 신호 생성기(124)는 기준 신호 예컨대, 일정한 기울기를 갖는 램프 신호를 생성하고, 상기 램프 신호를 비교부(125)에 기준 신호로서 제공한다. 비교부(125)는 CDS부(122)로부터 각 컬럼마다 출력되는 아날로그 샘플링 신호와 기준 신호 생성기(124)로부터 발생되는 램프 신호를 비교하여 유효한 신호 성분에 따른 각각의 천이 시점을 갖는 비교 신호들을 출력한다. 카운터(126)는 카운팅 동작을 수행하여 카운팅 신호를 생성하고, 상기 카운팅 신호를 버퍼부(127)에 제공한다. 버퍼부(127)는 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 래치 회로들 예컨대, SRAM(static random access memory)들을 포함하고, 각 비교 신호의 천이에 응답하여 카운터(126)로부터 출력되는 카운팅 신호를 각 컬럼마다 래치하며, 래치된 카운팅 신호를 이미지 데이터로서 출력한다.The ADC unit 123 converts an analog image signal corresponding to the valid signal component into a digital image signal. The ADC unit 123 includes a reference signal generator 124, a comparison unit 125, a counter 126, and a buffer unit 127. The reference signal generator 124 generates a reference signal, for example, a ramp signal having a predetermined slope, and provides the ramp signal to the comparator 125 as a reference signal. The comparing unit 125 compares the analog sampling signal output from each of the columns from the CDS unit 122 with the ramp signal generated from the reference signal generator 124 and outputs comparison signals having transition points corresponding to valid signal components do. The counter 126 performs a counting operation to generate a counting signal, and provides the counting signal to the buffer unit 127. The buffer unit 127 includes a plurality of latch circuits, for example, static random access memories (SRAM) connected to the column lines, respectively, and outputs a counting signal output from the counter 126 in response to each comparison signal transition, And outputs the latched counting signal as image data.

실시예에 따라서, ADC부(123)는 CDS부(122)에서 출력된 샘플링 신호들을 가산하는 가산 회로를 더 포함할 수 있다. 또한 버퍼부(127)는 복수의 싱글 라인 버퍼(single line buffer)들을 더 포함할 수 있다.The ADC unit 123 may further include an adder circuit for adding the sampling signals output from the CDS unit 122 according to the embodiment. The buffer unit 127 may further include a plurality of single line buffers.

타이밍 컨트롤러(129)는 로우 드라이버(121), CDS부(122), 및 ADC부(123)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(129)는 로우 드라이버(121), CDS부(122), ADC부(123)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
The timing controller 129 can control the operation timings of the row driver 121, the CDS unit 122, and the ADC unit 123. [ The timing controller 129 may provide a timing signal and a control signal to the row driver 121, the CDS unit 122, and the ADC unit 123.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 단위 픽셀의 회로를 도시하는 도면이다.2 is a diagram showing a circuit of a unit pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 픽셀은 광전 변환 소자(PD), 오버플로우 제어부(overflow control unit, OFC), 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(shift switching unit, SS1, SS2), 제1 및 제2 전하 저장부(first storage node, SN1, SN2), 제1 및 제2 전송 스위칭부(transfer switching unit, TS1, TS2), 리셋 스위칭부(reset switching unit, RS), 드라이브 스위칭부(drive switching unit, DS) 및 선택 스위칭부(select switching unit, SL)을 포함할 수 있다.2, a pixel of an imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion element PD, an overflow control unit (OFC), first and second shift switching units First and second charge storage units SN1 and SN2, first and second transfer switching units TS1 and TS2, a reset switching unit RS2, , A drive switching unit (DS), and a select switching unit (SL).

광전 변환 소자(PD)는 광전 변환을 수행한다. 즉, 광전 변환 소자(PD)는 상기 광 집적 모드 동안 입사광을 변환하여 전하들을 생성한다. 일 실시예에서, 광전 변환 소자(PD)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode, PPD) 중 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 제1 단자 및 제2 단자를 포함할 수 있다.The photoelectric conversion element PD performs photoelectric conversion. That is, the photoelectric conversion element PD converts the incident light during the light integration mode to generate charges. In one embodiment, the photoelectric conversion element PD may be implemented with one or a combination of a photodiode, a phototransistor, a photogate, and a pinned photo diode (PPD). The photoelectric conversion element PD may include a first terminal and a second terminal.

오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)의 일측에 배치될 수 있다. 상기 오버플로우 제어부(OFC)는 상기 광전 변환 소자(PD)의 제1 단자측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 오버플로우 제어부(OFC)는 상기 제1 단자에 연결될 수 있다.The overflow control unit (OFC) may be disposed on one side of the photoelectric conversion element PD. The overflow control unit (OFC) may be disposed on the first terminal side of the photoelectric conversion element (PD). That is, the overflow controller (OFC) may be connected to the first terminal.

오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)와 연결되는 일 단자, 전원 전압이 인가되는 다른 단자 및 오버플로우 제어 신호(OFCx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트에 오버플로우 제어 신호(OFCx)가 인가되면 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 오버플로우 제어부(OFC)를 통해 이동할 수 있다. The overflow control unit OFC may include a terminal coupled to the photoelectric conversion element PD, another terminal to which a power supply voltage is applied, and a gate to which the overflow control signal OFCx is applied. When the overflow control signal OFCx is applied to the gate of the overflow control unit OFC, the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD can be moved through the overflow control unit OFC.

제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2) 각각은 광전 변환 소자(PD)의 다른 일측에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2) 각각은 상기 광전 변환 소자(PD)의 제2 단자측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2) 각각은 상기 제2 단자에 연결될 수 있다. 이 때, 상기 제1 쉬프트 스위칭부(SS1)와 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.Each of the first and second shift switching units SS1 and SS2 may be disposed on the other side of the photoelectric conversion element PD. Each of the first and second shift switching units SS1 and SS2 may be disposed on the second terminal side of the photoelectric conversion element PD. That is, each of the first and second shift switching units SS1 and SS2 may be connected to the second terminal. In this case, the first shift switching unit SS1 and the second shift switching unit SS2 may be connected in parallel.

제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2) 각각의 일 단자는 광전 변환 소자(PD)와 연결될 수 있으며, 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2) 각각은 제1 쉬프트 신호(SS1x) 및 제2 쉬프트 신호(SS2X)가 인가되는 게이트를 구비할 수 있다.One terminal of each of the first and second shift switching units SS1 and SS2 may be connected to the photoelectric conversion element PD and each of the first and second shift switching units SS1 and SS2 may be connected to the first shift signal SS1x And a gate to which the second shift signal SS2X is applied.

제1 쉬프트 스위칭부(SS1)의 게이트에 제1 쉬프트 신호(SS1x)가 인가되면, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)로 이동할 수 있으며, 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)의 게이트에 제2 쉬프트 신호(SS2x)가 인가되면, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)로 이동할 수 있다.
When the first shift signal SS1x is applied to the gate of the first shift switching unit SS1, charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD can be transferred to the first charge storage unit SN1, When the second shift signal SS2x is applied to the gate of the portion SS2, the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD can move to the second charge storage portion SN2.

제1 전하 저장부(SN1)는 제1 쉬프트 스위칭부(SS1)의 일측에 배치될 수 있다. 제1 전하 저장부(SN1)는 제1 전하 저장 신호(SN1x)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. The first charge storage unit SN1 may be disposed at one side of the first shift switching unit SS1. The first charge storage unit SN1 may include a gate to which the first charge storage signal SN1x is applied.

한편, 제2 전하 저장부(SN2)는 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)의 일측에 배치될 수 있으며, 제2 전하 저장부(SN2)는 제2 전하 저장 신호(SN2x)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다.The second charge storage unit SN2 may be disposed at one side of the second shift switching unit SS2 and the second charge storage unit SN2 may include a gate to which the second charge storage signal SN2x is applied can do.

제1 전송 스위칭부(TS1)는 제1 전하 저장부(SN1)의 일측에 배치될 수 있다. 전송 스위칭부(TS)의 일 단자는 플로팅 확산 노드(floating diffusion node, FD)에 연결될 수 있으며, 제1 전송 스위칭부(TS1)는 제1 전송 신호(TS1x)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 제1 전송 스위칭부(TS1)의 게이트에 제1 전송 신호(TS1x)가 인가되면, 제1 전하 저장부(SN1)에 저장된 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 이동할 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 저장된 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 원활하게 이동할 수 있도록 상기 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 인가되어 있던 제1 전하 저장 신호(SN1x)가 제거될 수 있다.The first transfer switching unit TS1 may be disposed at one side of the first charge storage unit SN1. One terminal of the transmission switching unit TS may be connected to a floating diffusion node FD and the first transmission switching unit TS1 may include a gate to which the first transmission signal TS1x is applied . When the first transfer signal TS1x is applied to the gate of the first transfer switching unit TS1, the charges stored in the first charge storage unit SN1 can move to the floating diffusion node FD. At this time, the first charge storage signal SN1x applied to the gate of the first charge storage unit SN1 so that the charges stored in the first charge storage unit SN1 can smoothly move to the floating diffusion node FD, Can be removed.

한편, 제2 전송 스위칭부(TS2)는 제2 전하 저장부(SN2)의 일측에 배치될 수 있다. 전송 스위칭부(TS)의 일 단자는 플로팅 확산 노드(floating diffusion node, FD)에 연결될 수 있으며, 제2 전송 스위칭부(TS2)는 제2 전송 신호(TS2x)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 제2 전송 스위칭부(TS2)의 게이트에 제2 전송 신호(TS2x)가 인가되면, 제2 전하 저장부(SN2)에 저장된 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 이동할 수 있다. 이 때, 제2 전하 저장부(SN2)에 저장된 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 원활하게 이동할 수 있도록 상기 제2 전하 저장부(SN2)의 게이트에 인가되어 있던 제2 전하 저장 신호(SN2x)가 제거될 수 있다.
Meanwhile, the second transfer switching unit TS2 may be disposed at one side of the second charge storage unit SN2. One terminal of the transmission switching unit TS may be connected to a floating diffusion node FD and the second transmission switching unit TS2 may include a gate to which the second transmission signal TS2x is applied . When the second transfer signal TS2x is applied to the gate of the second transfer switching unit TS2, the charges stored in the second charge storage unit SN2 can move to the floating diffusion node FD. At this time, the second charge storage signal SN2x applied to the gate of the second charge storage unit SN2 so that the charges stored in the second charge storage unit SN2 can smoothly move to the floating diffusion node FD, Can be removed.

플로팅 확산 노드(floating diffusion node)는 제1 전하 저장부(SN1) 및/또는 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하를 전달받아 축적할 수 있다. 플로팅 확산 노드(FD)는 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 제1 전하 저장 신호(SN1x)가 제거되고 제1 전송 스위칭부(TS1)의 게이트에 제1 전송 신호(TS1x)가 인가됨에 따라 제1 전하 저장부(SN1)로부터 이동하게 되는 전하들을 축적할 수도 있으며, 제2 전하 저장부(SN2)의 게이트에 제2 전하 저장 신호(SN2x)가 제거되고 제2 전송 스위칭부(TS2)의 게이트에 제2 전송 신호(TS2x)가 인가됨에 따라 제2 전하 저장부(SN2)로부터 이동하게 되는 전하들을 축적할 수도 있다.The floating diffusion node may accumulate charges accumulated in the first charge storage unit SN1 and / or the second charge storage unit SN2. In the floating diffusion node FD, the first charge storage signal SN1x is removed from the gate of the first charge storage unit SN1 and the first transfer signal TS1x is applied to the gate of the first transfer switching unit TS1 The second charge storage signal SN2x may be removed from the gate of the second charge storage unit SN2 and the second transfer switch unit TS2 may be removed from the gate of the second charge storage unit SN2, The second transfer signal TS2x may be accumulated in the second charge storage unit SN2 as the second transfer signal TS2x is applied to the gate of the second charge storage unit SN2.

제1 쉬프트 스위칭부(SS1), 제1 전하 저장부(SN1) 및 제1 전송 스위칭부(TS1)를 제1 저장유닛이라고 하고, 제2 쉬프트 스위칭부(SS2), 제2 전하 저장부(SN2) 및 제2 전송 스위칭부(TS2)를 제2 저장유닛이라고 하면, 제1 저장유닛과 제2 저장유닛은 광전 변환 소자(PD)와 플로팅 환산 노드(FD) 사이에 서로 병렬로 연결될 수 있다.
The first shift switching unit SS1, the first charge storage unit SN1 and the first transfer switching unit TS1 are referred to as a first storage unit and the second shift switching unit SS2 and the second charge storage unit SN2 And the second transfer switching unit TS2 are referred to as a second storage unit, the first storage unit and the second storage unit may be connected in parallel with each other between the photoelectric conversion element PD and the floating conversion node FD.

리셋 스위칭부(RS)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 플로팅 확산 노드(FD)와 연결된 제2 단자 및 리셋 신호(RSx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다.The reset switching unit RS may include a first terminal to which the power supply voltage VDD is applied, a second terminal coupled to the floating diffusion node FD, and a gate to which the reset signal RSx is applied.

드라이브 스위칭부(DS)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 플로팅 확산 노드(FD)와 연결된 게이트 및 제2 단자를 포함할 수 있다.The drive switching unit DS may include a first terminal to which a power supply voltage VDD is applied, a gate connected to the floating diffusion node FD, and a second terminal.

선택 스위칭부(SL)는 상기 드라이브 스위칭부(DS)의 제2 단자와 연결된 제1 단자, 선택 신호(SLx)가 인가되는 게이트 및 출력 신호를 제공하는 제2 단자를 포함할 수 있다.
The selection switching unit SL may include a first terminal connected to the second terminal of the drive switching unit DS, a gate to which the selection signal SLx is applied, and a second terminal for providing an output signal.

이하에서, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미징 장치의 구동방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a method of driving an imaging apparatus according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

2. 이미징 장치의 구동방법2. Method of driving imaging device

본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법에 의하면, 광전 변환 소자(PD)에 병렬로 적어도 두 개의 전하 저장부를 연결하고, 제1 축적 시간(first integration time, T1) 동안 축적된 전하는 제1 전하 저장부로 이동하여 전하량을 읽어내고, 제2 축적 시간(second integration time, T2) 동안 축적된 전하는 제2 전하 저장부로 이동하여 전하량을 읽어냄으로써, 광역 동적 범위를 구현함과 동시에 글로벌 셔터를 구현할 수 있게 된다. According to the method of driving an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, at least two charge storage units are connected in parallel to the photoelectric conversion element PD, and charges accumulated during a first integration time (T1) The charge accumulated in the second charge storage portion is read to the second charge storage portion to realize the wide dynamic range and the global shutter is realized. .

광역 동적 범위를 구현하기 위하여, 제어회로는 상기 제1 축적 시간(T1)과 상기 제2 축적 시간(T2)은 서로 다르도록 할 수 있으며, 특히, 제1 축적 시간(T1)과 제2 축적 시간(T2)은 다음의 관계가 성립할 수 있도록 할 수 있다.In order to implement the wide dynamic range, the control circuit may make the first accumulation time T1 and the second accumulation time T2 different from each other, and in particular, the first accumulation time T1 and the second accumulation time T2, (T2), the following relationship can be established.

1/5000 ≤ T1/T2 ≤ 1/5
1/5000? T1 / T2? 1/5

제1 축적 시간(T1) 및 제2 축적 시간(T2)는 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지에 대한 분석 결과에 기초하여, 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. The first accumulation time T1 and the second accumulation time T2 may be constant values but may be values that can be changed in real time or periodically based on the analysis results of at least one image that has already been obtained It is possible.

예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 낮다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제1 조도임계값 이하인 경우), 상기 제1 축적 시간(T1)은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다. For example, if it is determined that the illuminance is very low as a result of analysis of at least one image that has already been obtained (i.e., if the illuminance is lower than a preset first illumination threshold value), the first accumulation time T1 is It can be longer than used.

다른 예를 들어, 분석 결과, 조도가 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제2 조도임계값 이상인 경우), 상기 제2 축적 시간(T2)은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다.For example, if it is determined that the illuminance is high (i.e., if the illuminance is higher than a preset second illumination threshold value), the second accumulation time T2 may be shorter than that used for acquiring the previous image have.

한편, 상기 제1 축적 시간(T1) 및 제2 축적 시간(T2)은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제1 축적 시간(T1) 및 제2 축적 시간(T2)을 서로 다르게 설정할 수 있다.
The first accumulation time T1 and the second accumulation time T2 may be applied to all the valid pixels included in the pixel array 111. However, It will be possible. For example, by analyzing at least one image that has already been obtained, the illumination distribution for each effective pixel can be confirmed, and based on the illumination distribution for each effective pixel, The first accumulation time T1 and the second accumulation time T2 can be set differently from each other.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이며, 도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다. 특히, 도 5는 광전 변환 소자(PD), 제1 쉬프트 스위칭부(SS1), 제1 전하 저장부(SN1), 제1 전송 스위칭부(TS1), 플로팅 확산 노드(FD) 및 리셋 스위칭부(RS)의 대해 포텐셜 배리어를 도 4에 도시된 각 구간에 대해 도시한 것이며, 도 6은 광전 변환 소자(PD), 제2 쉬프트 스위칭부(SS2), 제2 전하 저장부(SN2), 제2 전송 스위칭부(TS2), 플로팅 확산 노드(FD) 및 리셋 스위칭부(RS)의 대해 포텐셜 배리어를 도 4에 도시된 각 구간에 대해 도시한 것이다.
FIG. 3 is a timing chart for explaining a method of driving a pixel array of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a timing diagram 5 and 6 are diagrams showing potential barriers for explaining charge transfer of a unit pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. In particular, FIG. 5 is a circuit diagram of a photoelectric conversion device PD, a first shift switching unit SS1, a first charge storage unit SN1, a first transfer switching unit TS1, a floating diffusion node FD, RS for each section shown in Fig. 4, and Fig. 6 is a diagram showing the potential barrier for the photoelectric converter PD, the second shift switching unit SS2, the second charge storage unit SN2, The potential barrier for the transfer switching part TS2, the floating diffusion node FD and the reset switching part RS is shown for each section shown in Fig.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 이미지를 획득하기 위해서, 픽셀 어레이(111)는 제1 구간(DR1) 동안 수행되는 축적 및 쉬프트 동작(integrating and shifting operation), 제2 구간(DR2) 동안 수행되는 읽기 동작(reading operation)을 수행한다.3, in order to acquire an image using the imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the pixel array 111 is configured to integrate and shift operations performed during the first period DR1 shifting operation, and a reading operation performed during the second section DR2.

픽셀 어레이(111)는 축적 및 쉬프트 동작 및 읽기 동작을 순차적으로 반복 수행할 수 있으며, 상기 동작들의 한 세트가 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있다.The pixel array 111 can sequentially perform accumulation and shift operations and read operations, and one set of images can be obtained when one set of the operations is performed.

축적 동작은 광전 변환 소자(PD)에 의해 입사광이 전하로 변환되는 동작을 포함한다. 축적 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행될 수 있다. The accumulation operation includes an operation in which incident light is converted into electric charges by the photoelectric conversion element PD. The accumulation operation can be performed simultaneously for all the valid pixels included in the pixel array 111. [

쉬프트 동작은 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제1 전하 저장부(SN1)로 이동시키는 제1 쉬프트 동작 및 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시키는 제2 쉬프트 동작을 포함한다. 또한 제1 및 제2 쉬프트 동작은 제1 및 제2 전하 저장부(SN1, SN2)에 이미 축적되어 있을 수 있는 전하들(불필요하게 축적되어 있는 전하들)을 제거하기 위한 클리어 동작(cleaning operation)을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 이후에 보다 구체적으로 설명한다.The shift operation includes a first shift operation for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 by the incident light and a second shift operation for transferring the charge stored in the photoelectric conversion element PD to the second charge storage section RTI ID = 0.0 > SN2. &Lt; / RTI > Further, the first and second shift operations are performed by a cleaning operation for removing charges (charges unnecessarily accumulated) that may have already accumulated in the first and second charge storage sections SN1 and SN2, . &Lt; / RTI > This will be described in more detail later.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 쉬프트 동작 각각은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행된다. 다만, 제1 쉬프트 동작이 수행되는 시점과 제2 쉬프트 동작이 수행되는 시점은 서로 다르다.As shown in FIG. 3, each of the first and second shift operations is performed simultaneously for all the effective pixels included in the pixel array 111. [ However, the time at which the first shift operation is performed and the time at which the second shift operation is performed are different from each other.

이 때, 제1 쉬프트 동작과 제2 쉬프트 동작이 수행되는 시점 사이의 간격은 제2 축적 시간(제2 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 쉬프트 동작이 완료되는 시점(도 4 및 도 5에 도시된 (6)구간)과 제2 쉬프트 동작이 완료되는 시점(도 4 및 도 6에 도시된 (13)구간)의 간격에 의해 제2 축적 시간이 결정될 수 있으므로, 상기의 시점들(특히, 제2 쉬프트 동작이 완료되는 시점)을 조절함으로써, 제2 축적 시간이 조절될 수 있다.
At this time, the interval between the first shift operation and the second shift operation may be determined by the second accumulation time (the time for accumulating the electric charge to be read by the second read operation). For example, when the first shift operation is completed (the section (6) shown in FIGS. 4 and 5) and the point when the second shift operation is completed (the section (13) shown in FIGS. 4 and 6) Since the second accumulation time can be determined by the interval, the second accumulation time can be adjusted by adjusting the above points (in particular, the point at which the second shift operation is completed).

전술한 축적 동작 및 쉬프트 동작이 수행되는 동안, 오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않도록 할 수 있다. 이를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)는 높은 포텐셜 배리어 상태를 유지하고 있을 수 있다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 제1 쉬프트 스위칭부(SS1) 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)의 포텐셜 배리어 보다 더 높게 유지될 수 있다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)가 트랜지스터로 구성되는 경우, 상기 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트에 오버플로우 제어 신호(OFCx)가 인가되지 않고 있을 수 있다.While the accumulation operation and the shift operation are performed as described above, the overflow control unit (OFC) can prevent the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD from moving to the overflow control unit (OFC) side. To this end, the overflow controller (OFC) may maintain a high potential barrier state. That is, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) can be maintained higher than the potential barrier of the first shift switching unit SS1 and the second shift switching unit SS2. For example, when the overflow control unit OFC is formed of a transistor, the overflow control signal OFCx may not be applied to the gate of the overflow control unit OFC.

읽기 동작은 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 이동되어 축적된 전하를 읽어내는 제1 읽기 동작 및 제2 전하 저장부(SN2)로 이동되어 축적된 전하를 읽어내는 제2 읽기 동작을 포함할 수 있다.The read operation is a first read operation for reading the accumulated charge moved from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage portion SN1 and a second read operation for reading the accumulated charge moved to the second charge storage portion SN2, 2 < / RTI > read operation.

읽기 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행될 수도 있으나, 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 대신 라인별로 순차적으로 읽어내는 방식이 채택될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 열(row)에 배치된 픽셀들에 대하여 읽기 동작을 동시에 수행하며, 다른 열에 배치된 픽셀들에 대해서는 읽기 동작을 다른 시간에 수행하는 방식으로 읽기 동작이 수행될 수 있다. The read operation may be performed simultaneously for all the effective pixels included in the pixel array 111. However, instead of performing all the effective pixels at the same time, a method of sequentially reading the pixels in a line-by-line manner may be adopted. For example, as shown in FIG. 3, a read operation may be simultaneously performed on the pixels arranged in the same row, and a read operation may be performed on the pixels arranged in different columns at a different time An operation can be performed.

제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작이 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작의 선후 관계는 정해져 있지 않다. 즉, 도4 및 도 5에는 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작이 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작이 더 먼저 수행되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 제2 읽기 동작이 제1 읽기 동작 보다 더 먼저 수행되어도 무방할 것이다. The sequential relation of the second read operation for reading the amount of charge accumulated in the second charge storage section SN2 by the first read operation for reading the amount of charge accumulated in the first charge storage section SN1 is not defined. 4 and 5, the first read operation for reading the amount of charge stored in the first charge storage unit SN1 is performed by the second read operation for reading the amount of charge accumulated in the second charge storage unit SN2 However, the second read operation may be performed earlier than the first read operation.

이 때, 상기 제1 및 제2 전하 저장부(SN1, SN2)에 축적된 전하량을 읽어내기 위하여 제1 및 제2 전하 저장부(SN1, SN2)에 저장된 전하들을 플로팅 확산 노드로 이동시킨 후, 각각의 전하량을 읽어낼 수 있다.At this time, charges stored in the first and second charge storage units SN1 and SN2 are transferred to the floating diffusion node to read the amount of charges accumulated in the first and second charge storage units SN1 and SN2, Each charge amount can be read.

한편, 전술한 바와 같이, 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작을 포함하는 제1 주기의 수행이 완료되면 하나의 이미지가 획득될 수 있으며, 다른 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작을 포함하는 제2 주기의 수행이 완료되면 다른 하나의 이미지가 획득될 수 있다. 이 때, 제1 주기의 완료 후에 제2 주기가 수행될 수도 있으나, 제1 주기의 일부는 제2 주기의 일부와 서로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 주기가 종료하는 제1 시각(t1)은 제2 주기가 시작하는 제2 시각(t2) 보다 더 늦을 수 있다.
On the other hand, as described above, when the execution of the first period including the accumulation operation, the shift operation and the read operation is completed, one image can be obtained, and the second cycle including the other accumulation operation, The other image can be acquired. At this time, a second period may be performed after the completion of the first period, but a part of the first period may overlap with a part of the second period. For example, as shown in Fig. 3, the first time t1 at which the first period ends may be later than the second time t2 at which the second period starts.

도 4 내지 도 6을 참조하여, 각 단위 픽셀에서의 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.The accumulation operation, the shift operation and the read operation in each unit pixel will be described more specifically with reference to Figs. 4 to 6. Fig.

도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 (1) 구간 내지 (14) 구간은 전술한 축적 및 쉬프트 동작에 대응되고, (15) 구간 내지 (27) 구간은 전술한 읽기 동작에 대응될 수 있다.
The sections (1) to (14) shown in FIGS. 4 to 6 correspond to the above-described storage and shifting operations, and the sections (15) to (27) may correspond to the above-described reading operation.

(1) 구간에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 오버플로우 제어부(OFC)와 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2)를 제어하여 오버플로우 제어부(OFC), 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어가 높은 상태로 유지된다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)와 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어는 광전 변환 소자(PD)의 그것 보다 더 높게 유지된다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트, 제1 쉬프트 스위칭부(SS1)의 게이트 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)의 게이트 각각에 오버플로우 제어 신호(OFCx), 제1 쉬프트 신호(SS1x) 및 제2 쉬프트 신호(SS2x)가 인가되지 않고 있을 수 있다. 이 때, 도 4 내지 도 6에는 제1 전하 저장부(SN1), 제2 전하 저장부(SN2) 및 리셋 스위칭부(RS)의 게이트에는 각각 제1 저장 신호(SN1x), 제2 저장 신호(SN2x) 및 리셋 신호(RSx)가 인가되어 있고, 제1 전송 스위칭부(TS1) 및 제2 전송 스위칭부(TS2) 각각의 게이트에는 제1 전송 신호(TS1x) 및 제2 전송 신호(TS2x)가 인가되어 있지 않은 상태가 도시되어 있으나, (1) 구간에서 상기 제1 전하 저장부(SN1), 제2 전하 저장부(SN2), 제1 전송 스위칭부(TS1), 제2 전송 스위칭부(TS2) 및 리셋 스위칭부(RS)에 인가되는 제어신호 및 이들에 의해 형성되는 포텐셜 배리어는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 제어될 필요는 없다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 이하에서는, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제어신호가 인가된 상태에 기초하여 설명하기로 한다.6, the overflow control unit OFC and the first and second shift switching units SS1 and SS2 are controlled to control the overflow control unit OFC, the first and second shift units SS1 and SS2, The potential barrier formed by the switching units SS1 and SS2 is maintained at a high level. That is, the potential barrier formed by the overflow control section OFC and the first and second shift switching sections SS1 and SS2 is maintained higher than that of the photoelectric conversion element PD. For example, an overflow control signal OFCx and a first shift signal SS1x are applied to the gates of the overflow control unit (OFC), the gates of the first shift switching unit SS1 and the gates of the second shift switching unit SS2, And the second shift signal SS2x may not be applied. 4 to 6, a first storage signal SN1x and a second storage signal SN1x are respectively applied to the gates of the first charge storage unit SN1, the second charge storage unit SN2, and the reset switching unit RS, A first transmission signal TS1x and a second transmission signal TS2x are applied to the gates of the first transmission switching unit TS1 and the second transmission switching unit TS2 The first charge storage unit SN1, the second charge storage unit SN2, the first transfer switch TS1 and the second transfer switch TS2 in the (1) ) And the reset switching unit RS and the potential barrier formed by them do not have to be controlled as shown in Figs. However, for convenience of explanation, the following description will be made based on a state in which a control signal is applied, as shown in Figs. 4 to 6. Fig.

(2) 구간 내지 (5) 구간은 전술한 클리어 동작에 대응될 수 있다. 특히, (2) 구간 내지 (5) 구간은 제1 전하 저장부(SN1)에 대한 클리어 동작으로써, (2) 구간 내지 (5) 구간은, 광전 변환 소자(PD)에서 축적된 전하들의 값을 보다 정확하게 읽어낼 수 있도록, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 제거하기 위한 구간이다. (2) to (5) may correspond to the above-described clear operation. Particularly, (2) section to (5) section is a clear operation for the first charge storage section SN1, and (2) section to (5) section are values for the charge stored in the photoelectric conversion element PD This is a section for removing charges unnecessarily accumulated in the first charge storage section SN1 so as to be read more accurately.

이러한 클리어 동작은 입사광에 의해 형성되는 전하량만을 보다 더 정확하게 읽어내기 위한 동작이므로, 쉬프트 동작이 수행되기 바로 직전에 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 전술한 바와 같이, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제1 전하 저장부(SN1)로 쉬프트하는 제1 쉬프트 동작과 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제2 전하 저장부(SN2)로 쉬프트하는 제2 쉬프트 동작이 수행되는 시점들은 서로 다르므로, 제1 전하 저장부(SN1)에 대한 클리어 동작과 제2 전하 저장부(SN2)에 대한 클리어 동작이 수행되는 시점은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 제2 전하 저장부(SN2)에 대한 클리어 동작은 제1 전하 저장부(SN1)에 대한 클리어 동작이 수행되는 시점((2) 구간 내지 (5) 구간)과 다른 시점인 (9) 구간 내지 (12) 구간에서 수행되는 것으로 도시되어 있다.
This clear operation is an operation for more accurately reading only the amount of charge formed by the incident light, and therefore, it is preferable that the clear operation is performed immediately before the shift operation is performed. Therefore, as described above, the first shift operation for shifting the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 and the second shift operation for shifting the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD to the second charge storage section The time point at which the clearing operation for the first charge storage unit SN1 and the clearing operation for the second charge storage unit SN2 are performed are different from each other because the times at which the second shift operation for shifting to the second charge storage unit SN2 are performed are different from each other, can be different. 4 to 6, the clearing operation for the second charge storage unit SN2 is performed at the time point when the clearing operation for the first charge storage unit SN1 is performed ((2) to (5) ) Interval and the other time interval (9) to (12).

제1 전하 저장부(SN1)에 대한 클리어 동작을 위하여, (2) 구간에서는, 제1 쉬프트 스위칭부(SS1)의 상태는 그대로 유지한 상태에서 제1 전송 스위칭부(TS1)를 제어하여, 제1 전송 스위칭부(TS1)에 의해 형성되어 있던 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 전환시킨다. 예를 들어, 제1 전송 스위칭부(TS1)의 게이트에 제1 전송 신호(TS1x)가 인가될 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 제1 전송 스위칭부(TS1)의 포텐셜 배리어가 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은 제1 전송 스위칭부(TS1) 측으로 이동할 수 있다. 이 때, 플로팅 확산 노드(FD)는 리셋 상태를 유지하고 있을 수 있으므로, 제1 전송 스위칭부(TS1) 측으로 이동된 전하들은 모두 리셋될 수 있으며, 이에 따라 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들은 제거될 수 있다. 다만, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 보다 더 확실하게 제거하기 위하여, (3) 구간 및 (4) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제1 전하 저장부(SN1) 및 제1 전송 스위칭부(TS1)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1) 및 제1 전송 스위칭부(TS1)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 제1 저장 신호(SN1x) 및 제1 전송 신호(TS1x))가 될 수 있다. 이로써, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 리셋 상태를 유지하고 있는 플로팅 확산 노드(FD) 측으로 이동하여 제거될 수 있다. 이어서, (5) 구간에서는, 제1 전하 저장부(SN1) 및 제1 전송 스위칭부(TS1)를 각각 제어하여, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어보다 제1 쉬프트 스위칭부(SS1) 및 제1 전송 스위칭부(TS1)의 포텐셜 배리어가 높게 유지되는 상태로 만든다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)는 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있는 전하들을 전달받을 수 있는 상태가 된다.In order to perform the clearing operation for the first charge storage unit SN1, the first transfer switching unit TS1 is controlled in the state (2) while the state of the first shift switching unit SS1 is maintained, 1 transfer switching unit TS1 to a low state. For example, the first transmission signal TS1x may be applied to the gate of the first transmission switching unit TS1. At this time, preferably, the potential barrier of the first transfer switching unit TS1 can be controlled to be equal to or less than the potential barrier of the first charge storage unit SN1. Accordingly, charges unnecessarily accumulated in the first charge storage unit SN1 can move toward the first transfer switching unit TS1. At this time, since the floating diffusion node FD may be kept in the reset state, all the charges shifted to the first transfer switching unit TS1 side can be reset, which is unnecessary for the first charge storage unit SN1 The accumulated charges can be removed. However, in order to more reliably remove the charges unnecessarily accumulated in the first charge storage section SN1, operations of the (3) and (4) periods may be further performed. That is, the potential barriers of the first charge storage unit SN1 and the first transfer switching unit TS1 can be sequentially switched to the high state. For example, control signals (for example, the first storage signal SN1x and the first transmission signal TS1x) applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the first transfer switching unit TS1, . As a result, charges unnecessarily accumulated in the first charge storage unit SN1 can be moved to the floating diffusion node FD side which is more reliably maintained in the reset state and can be removed. Subsequently, in the period (5), the first charge storage section SN1 and the first transfer switching section TS1 are controlled to control the first shift switching section SS1 rather than the potential barrier of the first charge storage section SN1, And the potential barrier of the first transfer switching unit TS1 are maintained at a high level. Accordingly, the first charge storage unit SN1 is in a state capable of receiving the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD.

전술한 바와 같이 클리어 동작이 완료되면, (6) 구간의 동작을 수행하여 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있던 전하들을 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동시킨다. 이를 위하여, 제1 쉬프트 스위칭부(SS1)를 제어하여, 제1 쉬프트 스위칭부(SS1)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 보다 낮아지도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 쉬프트 스위칭부(SS1)의 게이트에 제1 쉬프트 신호(SS1x)가 인가될 수 있다.When the clear operation is completed as described above, the operation of the (6) period is performed to move the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD toward the first charge storage section SN1. To this end, it is possible to control the first shift switching unit SS1 so that the potential barrier of the first shift switching unit SS1 becomes lower than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD. For example, a first shift signal SS1x may be applied to the gate of the first shift switching unit SS1.

전술한 바와 같이, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동된 후, (7) 구간에서 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동된 전하들이 다시 광전 변환 소자(PD) 측으로 역류하지 못하도록 제1 쉬프트 제어부(SS1)를 제어하여 제1 쉬프트 제어부(SS1)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 쉬프트 제어부(SS1)에 인가되었던 제1 쉬프트 신호(SS1x)를 제거할 수 있다.As described above, after the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD are moved to the first charge storage portion SN1 side, the charges moved to the first charge storage portion SN1 side in the (7) The potential of the first shift control unit SS1 can be changed to a high state by controlling the first shift control unit SS1 so as to prevent the counterflow to the device PD side. For example, the first shift signal SS1x applied to the first shift control unit SS1 may be removed.

전술한 바에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 대한 제1 쉬프트 동작이 완료될 수 있다. 제1 쉬프트 동작이 완료되면, 광전 변환 소자(PD)에는 입사광에 의한 전하들이 다시 축적될 수 있으며, 이미징 장치(100)는 결정된 제2 축적 시간에 기초하여, 미리 정해진 시간 동안 (8) 구간의 상태를 유지할 수 있다.As described above, the first shift operation with respect to the first charge storage section SN1 can be completed. When the first shifting operation is completed, the charges due to the incident light can be accumulated again in the photoelectric conversion element PD, and the imaging apparatus 100 can determine the amount of charge (8) for the predetermined period of time based on the determined second accumulation time State can be maintained.

이어서, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제2 전하 저장부(SN2)로 쉬프트 시키기 위하여 (9) 구간 내지 (13) 구간의 동작이 수행될 수 있다.Then, the operation of the period (9) to the period (13) may be performed to shift the charge accumulated in the photoelectric conversion element (PD) to the second charge storage part (SN2).

(9) 구간 내지 (12) 구간은 전술한 (2) 구간 내지 (5) 구간에 대응되는 구간으로, 제2 전하 저장부(SN2)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 제거하기 위한 클리어 동작일 수 있다.The period (9) to (12) corresponds to the period (2) to the period (5) described above. It is a clear operation period for removing charges unnecessarily accumulated in the second charge storage unit (SN2) have.

즉, 제2 전하 저장부(SN2)에 대한 클리어 동작을 위하여, (9) 구간에서는, 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)의 상태는 그대로 유지한 상태에서 제2 전송 스위칭부(TS2)를 제어하여, 제2 전송 스위칭부(TS2)에 의해 형성되어 있던 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 전환시킨다. 예를 들어, 제2 전송 스위칭부(TS2)의 게이트에 제2 전송 신호(TS2x)가 인가될 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 제2 전송 스위칭부(TS2)의 포텐셜 배리어가 제2 전하 저장부(SN2)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제2 전하 저장부(SN2)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은 제2 전송 스위칭부(TS2) 측으로 이동할 수 있다. 이 때, 플로팅 확산 노드(FD)는 리셋 상태를 유지하고 있을 수 있으므로, 제2 전송 스위칭부(TS2) 측으로 이동된 전하들은 모두 리셋될 수 있으며, 이에 따라 제2 전하 저장부(SN2)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들은 제거될 수 있다. 다만, 제2 전하 저장부(SN2)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 보다 더 확실하게 제거하기 위하여, (10) 구간 및 (11) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제2 전하 저장부(SN2) 및 제2 전송 스위칭부(TS2)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제2 전하 저장부(SN2) 및 제2 전송 스위칭부(TS2)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 제2 저장 신호(SN2x) 및 제2 전송 신호(TS2x))가 될 수 있다. 이로써, 제2 전하 저장부(SN2)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 리셋 상태를 유지하고 있는 플로팅 확산 노드(FD) 측으로 이동하여 제거될 수 있다. 이어서, (12) 구간에서는, 제2 전하 저장부(SN2) 및 제2 전송 스위칭부(TS2)를 각각 제어하여, 제2 전하 저장부(SN2)의 포텐셜 배리어 보다 제2 쉬프트 스위칭부(SS2) 및 제2 전송 스위칭부(TS2)의 포텐셜 배리어가 높게 유지되는 상태로 만든다. 이에 따라, 제2 전하 저장부(SN2)는 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있는 전하들을 전달받을 수 있는 상태가 된다.That is, for the clearing operation for the second charge storage unit SN2, the second transfer switching unit TS2 is controlled in the state (9) while the state of the second shift switching unit SS2 is maintained , The potential barrier formed by the second transfer switching unit TS2 is switched to the low state. For example, the second transmission signal TS2x may be applied to the gate of the second transmission switching unit TS2. At this time, preferably, the potential barrier of the second transfer switching unit TS2 may be controlled to be equal to or less than the potential barrier of the second charge storage unit SN2. Accordingly, charges unnecessarily accumulated in the second charge storage unit SN2 can move toward the second transfer switching unit TS2. At this time, since the floating diffusion node FD may be kept in the reset state, all the charges shifted to the second transfer switching unit TS2 side can be reset, thereby making the second charge storage unit SN2 unnecessary The accumulated charges can be removed. However, in order to reliably remove the charges unnecessarily accumulated in the second charge storage section SN2, operations of the (10) period and the (11) period can be further performed. That is, the potential barriers of the second charge storage section SN2 and the second transfer switching section TS2 can be sequentially switched to a high state. For example, the control signals (for example, the second storage signal SN2x and the second transmission signal TS2x) applied to the gates of the second charge storage section SN2 and the second transfer switching section TS2, . As a result, charges unnecessarily accumulated in the second charge storage unit SN2 can be moved to the floating diffusion node FD side which is more reliably maintained in the reset state and can be removed. Subsequently, in the section (12), the second charge storage section SN2 and the second transfer switching section TS2 are controlled to control the second shift switching section SS2 rather than the potential barrier of the second charge storage section SN2, And the second transfer switching unit TS2 are maintained at a high level. Accordingly, the second charge storage unit SN2 is in a state capable of receiving the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD.

전술한 바와 같이, 제2 전하 저장부(SN2)에 대해서도 클리어 동작이 완료되면, (13) 구간의 동작을 수행하여 광전 변환 소자(PD)에 제2 축적 시간 동안 축적되어 있던 전하들을 제2 전하 저장부(SN2) 측으로 이동시킨다. 이를 위하여, 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)를 제어하여, 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 보다 낮아지도록 할 수 있다. 예를 들어, 제2 쉬프트 스위칭부(SS2)의 게이트에 제2 쉬프트 신호(SS2x)가 인가될 수 있다.As described above, when the clearing operation for the second charge storage unit SN2 is completed, the operation of the section (13) is performed to charge the charges accumulated during the second accumulation time in the photoelectric converter PD to the second charge To the storage section SN2 side. To this end, the second shift switching unit SS2 may be controlled so that the potential barrier of the second shift switching unit SS2 becomes lower than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD. For example, a second shift signal SS2x may be applied to the gate of the second shift switching unit SS2.

전술한 바와 같이, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제2 전하 저장부(SN2) 측으로 이동된 후, (14) 구간에서 제2 전하 저장부(SN2) 측으로 이동된 전하들이 다시 광전 변환 소자(PD) 측으로 역류하지 못하도록 제2 쉬프트 제어부(SS2)를 제어하여 제2 쉬프트 제어부(SS2)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 쉬프트 제어부(SS2)에 인가되었던 제2 쉬프트 신호(SS2x)를 제거할 수 있다.As described above, after the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD are transferred to the second charge storage part SN2 side, the charges moved to the second charge storage part SN2 side in the section (14) The potential of the second shift control unit SS2 can be changed to a high state by controlling the second shift control unit SS2 so as not to flow back toward the device PD. For example, the second shift signal SS2x applied to the second shift control unit SS2 can be removed.

전술한 바에 따라, 제2 전하 저장부(SN2)에 대해서도 제2 쉬프트 동작이 완료될 수 있다. 즉, 제1 쉬프트 동작 및 제2 쉬프트 동작이 모두 완료될 수 있으며, 이에 따라, 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효픽셀들에 대해서, 제1 쉬프트 동작 및 제2 쉬프트 동작이 완료될 수 있다. As described above, the second shift operation can also be completed for the second charge storage unit SN2. That is, both the first shift operation and the second shift operation can be completed, so that for all the effective pixels included in the pixel array 111, the first shift operation and the second shift operation can be completed have.

이와 같이, 쉬프트 동작이 모두 완료되면, 각 단위 픽셀들은 각 단위 픽셀들에 대한 읽기 동작 시기가 도래할 때까지 (14) 구간의 상태를 유지할 수 있다. 이 때, (14) 구간에서, 광전 변환 소자(PD)에 계속하여 입사되는 광에 의하여 전하가 축적되고, 축적된 전하들이 제1 및 제2 전하 저장부(SN1, SN2)로 오버플로우 할 수 있는 가능성을 제거하기 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)를 적절히 제어할 수 있다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 제1 및 제2 쉬프트 스위칭부(SS1, SS2)의 포텐셜 배리어보다 낮게 제어함으로써, 광전 변환 소자(PD)에 축적될 수 있는 전하들이 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 오버플로우될 수 있도록 할 수 있다. 다만, 광전 변환 소자(PD)는 다음 이미지의 획득을 위해 다시 축적 동작을 수행하여야 하며 또한 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적되는 전하들은 제거될 필요가 있으므로, 오버플로우 제어부(OFC)를 제어함에 있어서, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 오버플로우 제어부(OFC)를 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 다음 주기의 축적 동작이 수행되기 직전까지 계속하여 낮은 상태를 유지하고 있을 수 있다. 다만, 도 5 및 도 6에는 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 이하에서 설명할 읽기 동작을 수행하는 동안 계속 낮은 상태를 유지하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 제1 주기 동작과 제2 주기 동작이 서로 중첩되지 않는 것을 가정하여 도시한 것이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 주기에 포함된 읽기 동작과 제2 주기에 포함된 축적 동작이 서로 중첩되어 수행될 수 있다. 만약, 읽기 동작이 완료되지 않은 상태에서 다음 주기의 축적 동작이 수행되는 경우, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환하여, 광전 변환 소자(PD)에 전하를 축적하기 시작될 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 (16) 구간 내지 (26) 구간 중 어느 한 구간에서 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 다시 높은 상태로 변환될 수 있을 것이다. 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 다시 높은 상태로 변환되는 시기는 제1 축적 시간에 의해 결정될 수 있다.
As described above, when the shifting operation is completed, each unit pixel can maintain the state of the section (14) until a read operation timing for each unit pixel arrives. At this time, in the period (14), charges are accumulated by the light continuously incident on the photoelectric conversion element PD, and the accumulated charges can overflow to the first and second charge storage units SN1 and SN2 It is possible to appropriately control the overflow control unit (OFC). That is, by controlling the potential barrier of the overflow control unit (OFC) to be lower than the potential barrier of the first and second shift switching units (SS1, SS2), the charges that can be accumulated in the photoelectric conversion element (PD) OFC) overflow. However, since the photoelectric conversion element PD must perform the accumulation operation again to acquire the next image, and the electric charges unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD need to be removed, the overflow control unit (OFC) It is preferable to control the overflow control unit (OFC) so that the potential barrier of the overflow control unit (OFC) becomes equal to or less than the potential barrier of the photoelectric conversion element (PD). That is, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) may be kept in a low state continuously until the accumulation operation of the next cycle is performed. 5 and 6, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) is shown as being kept in a low state during the read operation to be described below. This is because the first periodic operation and the second periodic operation And the driving method of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 3, the read operation included in the first period and the accumulation operations included in the second period may be performed in a superimposed manner. If the accumulation operation of the next period is performed in a state where the read operation is not completed, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) may be converted to a high state again to start accumulating charge in the photoelectric conversion element PD have. That is, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) may be converted to a high state in any one of the period (16) to the period (26) shown in FIG. 5 and FIG. The timing at which the potential barrier of the overflow control unit (OFC) is converted back to the high state can be determined by the first accumulation time.

계속하여, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 읽기 동작에 대해서 설명하기로 한다.Next, the reading operation will be described with reference to Figs. 4 to 6. Fig.

이미징 ㅈ아치(100)는, (14) 구간과 같은 상태를 유지하다가, 읽기 동작 시기가 도래하면 다음과 같은 읽기 동작을 수행한다. 전술한 바 있으나, 각 픽셀들에 대한 읽기 동작은, 라인 바이 라인(line by line) 방식으로 순차적으로 수행될 수 있다.Imaging The arch 100 maintains the same state as in section (14), and performs the following read operation when a read operation time comes. As described above, the read operation for each pixel can be sequentially performed in a line by line manner.

읽기 동작은, 전술한 바와 같이, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작 및 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작을 포함할 수 있다. 또한, 제1 읽기 동작 및 제2 읽기 동작은 어느 것이 먼저 수행되어도 무방하나, 이하에서는, 제1 읽기 동작이 먼저 수행되는 것을 예로 들어 설명한다.The read operation includes a first read operation for reading the amount of charge accumulated in the first charge storage portion SN1 and a second read operation for reading the amount of charge accumulated in the second charge storage portion SN2 as described above can do. In addition, the first read operation and the second read operation may be performed first, but the following description will be given by way of example in which the first read operation is performed first.

(16) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 이어서, 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 샘플링하여 제1 출력 신호를 생성할 수 있다. The potential barrier of the reset switching unit RS can be converted into a high state by controlling the reset switching unit RS in the period 16 during the reset period. Subsequently, the potential of the floating diffusion node FD may be sampled to generate a first output signal.

한편, (16) 구간에서, 선택 스위칭부(SL)는 온 상태로 전환될 수 있다. 예를 들어, 선택 스위칭부(SL)의 게이트에 선택 신호(SLx)가 인가될 수 있다. (10) 구간에서 온 상태로 전환된 선택 스위칭부(SL)의 상태는 (26) 구간까지 지속될 수 있다.On the other hand, in the period (16), the selection switching unit SL can be switched to the ON state. For example, the selection signal SLx may be applied to the gate of the selection switching unit SL. The state of the selection switching unit SL that has been switched from the ON state to the ON state can last up to (26).

이어서, (17) 구간 내지 (19) 구간을 통하여, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 플로팅 확신 노드(FD)로 이동시킬 수 있다. 이를 위하여, (17) 구간에서는, 제1 전송 스위칭부(TS1)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환하여 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 이동할 수 있도록 한다. 예를 들어, 제1 전송 스위칭부(TS1)의 게이트에 제1 전송 신호(TS1x)를 인가할 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들이 보다 더 확실하게 플로팅 확산 노드(FD)로 이동할 수 있도록 하기 위하여, (18) 구간 및 (19) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제1 전하 저장부(SN1) 및 제1 전송 스위칭부(TS1)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1) 및 제1 전송 스위칭부(TS1)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 제1 저장 신호(SN1x) 및 제1 전송 신호(TS1x))가 될 수 있다. 이로써, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 플로팅 확산 노드(FD) 측으로 이동될 수 있다. 이 때, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어는 (17) 구간 내지 (19) 구간 동안 계속하여 높은 상태를 유지하고 있기 때문에, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들은 플로팅 확산 노드(FD)로 이동되어 플로팅 확산 노드(FD)에 축적될 수 있다. Subsequently, charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may be transferred to the floating assurance node FD through intervals (17) to (19). To this end, in a period (17), the potential barrier of the first transfer switching unit TS1 is changed to a low state so that the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 can be moved to the floating diffusion node FD do. For example, the first transmission signal TS1x may be applied to the gate of the first transmission switching unit TS1. At this time, operations of the (18) period and the (19) period can be further performed so that the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 can more reliably move to the floating diffusion node FD have. That is, the potential barriers of the first charge storage unit SN1 and the first transfer switching unit TS1 can be sequentially switched to the high state. For example, control signals (for example, the first storage signal SN1x and the first transmission signal TS1x) applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the first transfer switching unit TS1, . As a result, the charges accumulated in the first charge storage portion SN1 can be more reliably moved to the floating diffusion node FD side. At this time, since the potential barrier of the reset switching unit RS keeps the high state continuously during the period from (17) to (19), the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 are stored in the floating diffusion node (FD) and accumulated in the floating diffusion node FD.

이어서, (20) 구간에서, 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 샘플링하여 제2 출력 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제2 출력 신호와 제1 출력 신호의 차이에 의해 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하량을 판단할 수 있게 된다. 이 후, (21) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여 플로팅 확산 노드(FD)를 리셋할 수 있다.Subsequently, in the (20) interval, the potential of the floating diffusion node FD may be sampled to generate a second output signal. At this time, the amount of charge accumulated in the first charge storage unit SN1 can be determined by the difference between the second output signal and the first output signal. Thereafter, in the period (21), the reset switching unit RS may be controlled to reset the floating diffusion node FD.

이와 같이, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작이 완료될 수 있다. 이어서, 제2 읽기 동작이 수행될 수 있으며, 제2 읽기 동작은 제1 읽기 동작과 거의 유사한 방식에 따라 수행될 수 있다. 이하에서, 제2 읽기 동작에 대해 구체적으로 설명한다.In this manner, the first read operation for reading the amount of charge accumulated in the first charge storage section SN1 can be completed. Then, a second read operation may be performed, and a second read operation may be performed in a manner substantially similar to the first read operation. Hereinafter, the second reading operation will be described in detail.

(22) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 이어서, 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 샘플링하여 제3 출력 신호를 생성할 수 있다. The potential barrier of the reset switching part RS can be converted into a high state by controlling the reset switching part RS in the section 22 of FIG. Subsequently, the potential of the floating diffusion node FD may be sampled to generate a third output signal.

이어서, (23) 구간 내지 (25) 구간을 통하여, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들을 플로팅 확신 노드(FD)로 이동시킬 수 있다. 이를 위하여, (23) 구간에서는, 제2 전송 스위칭부(TS2)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환하여 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 이동할 수 있도록 한다. 예를 들어, 제2 전송 스위칭부(TS2)의 게이트에 제2 전송 신호(TS2x)를 인가할 수 있다. 이 때, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하들이 보다 더 확실하게 플로팅 확산 노드(FD)로 이동할 수 있도록 하기 위하여, (24) 구간 및 (25) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제2 전하 저장부(SN2) 및 제2 전송 스위칭부(TS2)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제2 전하 저장부(SN2) 및 제2 전송 스위칭부(TS2)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 제2 저장 신호(SN2x) 및 제2 전송 신호(TS2x))가 될 수 있다. 이로써, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 플로팅 확산 노드(FD) 측으로 이동될 수 있다. 이 때, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어는 (23) 구간 내지 (25) 구간 동안 계속하여 높은 상태를 유지하고 있기 때문에, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들은 플로팅 확산 노드(FD)로 이동되어 플로팅 확산 노드(FD)에 축적될 수 있다. Subsequently, charges accumulated in the second charge storage unit SN2 may be transferred to the floating assurance node FD through the (23) to (25) periods. To this end, in the (23) period, the potential barrier of the second transfer switching unit TS2 is changed to a low state so that the charges accumulated in the second charge storage unit SN2 can be moved to the floating diffusion node FD do. For example, the second transmission signal TS2x may be applied to the gate of the second transmission switching unit TS2. At this time, operations of the (24) period and the (25) period can be further performed so that the charges accumulated in the second charge storage unit SN2 can more reliably move to the floating diffusion node FD have. That is, the potential barriers of the second charge storage section SN2 and the second transfer switching section TS2 can be sequentially switched to a high state. For example, the control signals (for example, the second storage signal SN2x and the second transmission signal TS2x) applied to the gates of the second charge storage section SN2 and the second transfer switching section TS2, . Thereby, the charges accumulated in the second charge storage portion SN2 can be more reliably moved to the floating diffusion node FD side. At this time, since the potential barrier of the reset switching unit RS continues to be in a high state during the (23) to (25) periods, the charges stored in the second charge storage unit SN2, (FD) and accumulated in the floating diffusion node FD.

이어서, (26) 구간에서, 플로팅 확산 노드(FD)의 전위를 샘플링하여 제4 출력 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제4 출력 신호와 제3 출력 신호의 차이에 의해 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하량을 판단할 수 있게 된다. 이 후, (27) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여 플로팅 확산 노드(FD)를 리셋할 수 있다.Subsequently, in the period (26), the potential of the floating diffusion node FD may be sampled to generate a fourth output signal. At this time, the amount of charge accumulated in the second charge storage unit SN2 can be determined by the difference between the fourth output signal and the third output signal. Thereafter, in the period (27), the reset switching unit RS may be controlled to reset the floating diffusion node FD.

이와 같이, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작이 완료될 수 있다.In this manner, the first read operation for reading the amount of charge accumulated in the second charge storage section SN2 can be completed.

한편, (27) 구간에서, 선택 스위칭부(SL)의 상태는 오프 상태로 전환된다. 이로써, 하나의 단위 픽셀 또는 한 라인에 배치되어 있는 픽셀들에 대한 읽기 동작이 완료된다.On the other hand, in the period (27), the state of the selection switching unit SL is switched to the OFF state. This completes the reading operation for one unit pixel or pixels arranged in one line.

각 픽셀들은 전술한 바와 같은 동작을 계속하여 반복적으로 수행하게 된다. (1) 구간 내지 (27) 구간을 포함하는 한 주기의 동작들이 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있으며, 복수의 스틸 이미지들을 확보하여 하나의 동영상을 만들게 되는 경우, 연속되어 촬영된 복수의 이미지들이 획득되어야 하는데, 이러한 경우, 여러 주기의 동작들이 반복적으로 수행될 수 있다.
Each pixel continues to perform the above-described operation repeatedly. When one cycle of operations including the period (1) to (27) is performed, one image can be obtained. In the case where a plurality of still images are acquired to form one moving image, In this case, several cycles of operations can be repeatedly performed.

전술한 바에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는 제1 쉬프트 동작, 제2 쉬프트 동작, 제1 읽기 동작 및 제2 읽기 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 제1 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하량을 광전 변환 소자(PD)에 축적하는 제1 축적 시간(T1)은 제2 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하량을 광전 변환 소자(PD)에 축적하는 제2 축적 시간(T2) 보다 더 길다. 이 때, 제1 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 저조도 이미지의 획득을 위해 사용되며, 제2 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 고조도 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 제1 읽기 동작에 의해 획득되는 하나의 이미지와 제2 읽기 동작에 의해 획득되는 다른 하나의 이미지에 기초하여 최종 이미지를 획득할 수 있게 되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.As described above, the imaging apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention can perform the first shift operation, the second shift operation, the first read operation, and the second read operation. At this time, the first accumulation time (T1) for accumulating the electric charge to be read by the first reading operation in the photoelectric conversion element (PD) is the same as the first accumulation time (T1) for accumulating the electric charge to be read by the second reading operation in the photoelectric conversion element 2 accumulation time (T2). At this time, the value of the charge amount read by the first read operation is used for acquiring the low-illuminance image, and the value of the charge read by the second read operation can be used for acquiring the high-contrast image. In other words, according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to the embodiment of the present invention, based on one image obtained by the first reading operation and another image obtained by the second reading operation, Images can be acquired, thereby realizing wide dynamic range (WDR).

제1 읽기 동작에서 읽어낼 전하량을 축적하는 시간인 제1 축적 시간(T1) 및 제2 축적 시간(T2)은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 특히, 제1 축적 시간(T1) 및 제2 축적 시간(T2)을 실시간으로 또는 주기적으로 변경하기 위하여, 이미징 장치(100)는 이전에 획득된 이미지들에 기초하여 조도를 확인할 수 있으며, 확인된 조도값에 기초하여 제1 축적 시간(T1) 및 제2 축적 시간(T2)의 변경에 대해 피드백을 줄 수 있다.The first accumulation time T1 and the second accumulation time T2, which are the time for accumulating the amount of charges to be read in the first reading operation, may be always constant values. However, by analyzing at least one image already obtained, It may be a value that can be changed by receiving feedback. Specifically, in order to change the first accumulation time T1 and the second accumulation time T2 in real time or periodically, the imaging apparatus 100 can confirm the illuminance based on previously acquired images, Based on the illumination value, feedback can be given to the change of the first accumulation time T1 and the second accumulation time T2.

한편, 상기 제1 및 제2 축적시간(T1, T2)은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제1 및 제2 축적 시간(T1, T2)을 서로 다르게 설정할 수 있다.
Meanwhile, the first and second accumulation times T1 and T2 may be the same for all effective pixels included in the pixel array 111, but they may be set differently for effective pixels . For example, by analyzing at least one image that has already been obtained, the illumination distribution for each effective pixel can be confirmed, and based on the illumination distribution for each effective pixel, The first and second accumulation times T1 and T2 can be set differently from each other.

전술한 바와 같이, 상대적으로 긴 시간 동안 광전 변환 소자에 축적된 전하량 및 상대적으로 짧은 시간 동안 광전 변환 소자에 축적된 전하량을 각각 읽어내고, 이에 기초하여, 동적 범위가 확장된 최종 이미지를 획득할 수 있게 된다. 아울러, 제1 쉬프트 동작 및 제2 쉬프트 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함된 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행됨으로써, 빠르게 움직이고 있는 피사체를 촬영하게 되는 경우에도 이미지의 왜곡 없는 이미지의 획득이 가능해진다.As described above, the amount of electric charge accumulated in the photoelectric conversion element for a relatively long time and the amount of electric charge accumulated in the photoelectric conversion element for a relatively short time are respectively read out, and based on this, . In addition, since the first and second shift operations are simultaneously performed on all the effective pixels included in the pixel array 111, it is possible to acquire an image without distortion even when a fast moving subject is photographed .

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동 방법에 의하면, 광역 동적 범위를 구현함과 동시에 움직이는 피사체를 왜곡 없이 촬영할 수 있는 글로벌 셔터를 구현할 수 있게 된다.
Accordingly, according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to the embodiment of the present invention, it is possible to implement a global shutter capable of photographing a moving subject without distortion while implementing a wide dynamic range.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치(100) 및 그 구동 방법에 의하면, 광전 변환 소자(PD) 및 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 병렬로 두 개의 저장 유닛(쉬프트 스위칭부, 전하 저장부 및 전달 스위칭부)이 연결되어 있는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 변형예에 의하면, 광전 변환 소자(PD) 및 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 병렬로 세 개 이상의 저장 유닛이 연결될 수도 있을 것이다.According to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to an embodiment of the present invention, two storage units (a shift switching unit, a charge storage unit, and a storage unit) are provided in parallel between the photoelectric conversion element PD and the floating diffusion node FD. A plurality of storage units may be connected in parallel between the photoelectric conversion element PD and the floating diffusion node FD. In this case, will be.

만약, 세 개 이상의 저장 유닛을 포함하는 이미징 장치의 경우, 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 적어도 세개의 저장 유닛으로 쉬프트되는 전하들을 축적하기 위한 시간은 서로 다를 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치가 제3 저장 유닛, 제4 저장 유닛 및 제5 저장 유닛을 포함하고 있는 경우, 제3 저장 유닛으로 쉬프트 하여 읽어내는 전하량을 축적하는 제3 축적 시간(T3), 제4 저장 유닛으로 쉬프트 하여 읽어내는 전하량을 축적하는 제4 축적 시간(T4) 및 제5 저장 유닛으로 쉬프트 하여 읽어내는 전하량을 축적하는 제5 축적 시간(T5)은 서로 다를 수 있으며, 특히, 다음과 같은 관계가 성립할 수 있다.In the case of an imaging apparatus including three or more storage units, the time for accumulating the charges accumulated in the photoelectric conversion elements PD and shifted to at least three storage units may be different from each other. That is, when the imaging apparatus according to another embodiment of the present invention includes the third storage unit, the fourth storage unit, and the fifth storage unit, the third storage time, which accumulates the amount of charge read by shifting to the third storage unit, A fourth accumulation time T4 for accumulating the amount of charge shifted to the fourth storage unit by the fourth storage unit and a fifth accumulation time T5 for accumulating the amount of charge shifted by the fifth storage unit may be different from each other, , In particular, the following relationship can be established.

1/5000 ≤ T3/T4 ≤ 1/51/5000? T3 / T4? 1/5

1/5000 ≤ T4/T5 ≤ 1/5
1/5000? T4 / T5? 1/5

이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치는, 제3 축적 시간(T3) 동안 축적된 전하량에 기초하여 저조도 이미지를 획득하고, 제4 축적 시간(T4) 동안 축적된 전하량에 기초하여 중조도 이미지를 획득하고, 제5 축적 시간(T5) 동안 축적된 전하량에 기초하여 고조도 이미지를 획득함하고, 이들 저조도, 중조도 및 고조도 이미지들에 기초하여 최종 이미지를 획득함으로써, 광역 동적 범위를 구현할 수 있게 된다. 한편, 광전 변환 소자에 축적된 전하를 제3 저장 유닛으로 쉬프트 하는 제3 쉬프트 동작, 제4 저장 유닛으로 쉬프트 하는 제4 쉬프트 동작 및 제5 저장 유닛으로 쉬프트 하는 제5 쉬프트 동작은 픽셀 어레이에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행함으로써, 글로벌 셔터의 구현이 가능해진다. 결국, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치에 의해서도 광역 동적 범위를 구현함과 동시에 글로벌 셔터의 구현이 가능해지는 효과가 발생한다.
Accordingly, an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention can acquire a low-illuminance image based on the amount of charge accumulated during the third accumulation time T3, and acquire a low-illuminance image based on the amount of charge accumulated during the fourth accumulation time T4, Obtaining a high-contrast image based on the amount of charge accumulated during the fifth accumulation time T5, and obtaining a final image based on these low-light, low-contrast, and high-contrast images, . &Lt; / RTI > On the other hand, a third shift operation for shifting the charge accumulated in the photoelectric conversion element to the third storage unit, a fourth shift operation for shifting to the fourth storage unit, and a fifth shift operation for shifting to the fifth storage unit are included in the pixel array The global shutter can be implemented by simultaneously performing all the effective pixels. As a result, the imaging apparatus according to another embodiment of the present invention can realize the wide dynamic range and the global shutter.

Claims

A plurality of pixels including a photoelectric conversion element, a floating diffusion node, a first charge storage part and a second charge storage part connected in parallel to each other between the photoelectric conversion element and the floating diffusion node; And
And a control circuit for applying a signal to the plurality of pixels,
Wherein the control circuit controls the first charge accumulation time to accumulate the charge moving to the first charge storage section in the photoelectric conversion element and the second accumulation time to accumulate the charge moved to the second charge storage section in the photoelectric conversion element Differently controlled
Imaging device.

2. The control circuit according to claim 1,
Performing a first shift operation for shifting charges accumulated in the photoelectric conversion elements provided in the plurality of pixels to the first charge storage section during the first accumulation time,
Performing a second shifting operation for shifting charges accumulated in the photoelectric conversion elements provided in the plurality of pixels to the second charge storage section during the second accumulation time
Imaging device.

2. The control circuit according to claim 1,
For the plurality of pixels, performing the first shift operation simultaneously and simultaneously performing the second shift operation
Imaging device.

The control circuit according to claim 2,
The first shift operation is performed at a first time point, and the second shift operation is performed at a second time point
Imaging device.

5. The semiconductor memory device according to claim 4,
And controlling the plurality of pixels so that an operation of accumulating charge to be shifted to the second charge storage portion in the photoelectric conversion element is performed between the first point and the second point of time
Imaging device.

2. The control circuit according to claim 1,
And a first reading operation for reading the shifted charge to the first charge storage unit
Imaging device.

7. The control circuit according to claim 6,
For each of the plurality of pixels, sequentially performs the first read operation
Imaging device.

2. The control circuit according to claim 1,
And a second read operation for reading the shifted charge to the second charge storage unit
Imaging device.

9. The control circuit according to claim 8,
For each of the plurality of pixels, sequentially performing the second read operation
Imaging device.

2. The control circuit according to claim 1,
A reading operation for reading the amount of charge shifted to the first charge storage unit and the second charge storage unit is performed
Imaging device.

11. The method of claim 10,
Characterized in that the amount of charge shifted to the first charge storage portion is used to obtain a first image and the amount of charge shifted to the second charge storage portion is used to obtain a second image
Imaging device.

11. The method of claim 10,
And acquires a final image based on the amount of charge shifted to the first charge storage part and the amount of charge shifted to the second charge storage part
Imaging device.

11. The semiconductor memory device according to claim 10,
Wherein at least a part of the period during which the reading operation is performed does not accumulate electric charge in the photoelectric conversion element
Imaging device.

14. The control circuit according to claim 13,
After the first period has elapsed, charge is accumulated again in the photoelectric conversion element
Imaging device.

15. The method of claim 14,
And the charge accumulated again in the photoelectric conversion element after the first period is used for acquiring the next image
Imaging device.